引力起潮力作用與巖石圈層塊結構

引力起潮力作用與巖石圈層塊結構

近年來，大陸構造與動力學研究受到極大的關注（如青藏高原東緣地質及大陸動力學研究），巖石圈結構及其動力作用機制亦成為地學研究的熱點之一。關于巖石圈結構及其動力作用機制，現有的主要大地構造學派基本上還沒有給出一個普遍接受的解釋。經典的大地構造學說基本上都是從地球內部尋找大地構造作用的驅動力，可以說是將地球作為一個孤立的星球進行研究[1]。然而，地球是浩瀚宇宙中一個小小的星體，其與月球、太陽及銀河系中的無數天體的相互關聯，以及地球繞太陽公轉、隨太陽系一起以極大速度運動的事實是不能不正視的。因此，本文以引力起潮力為動力作用機制，對巖石圈層塊結構作一嘗試性解釋。

1、引力起潮力作用原理

實際的引力場通常并非絕對均勻。以地球表面為例，只有在一個相對小的局部范圍內才可以近似地認為地面引力場是均勻的。牛頓的萬有引力定律已經說明，地球上各處物體所受重力均指向地球的質心。因此，假設在地球引力場中有一個足夠顯示引力場差異的電梯，那么，分別配置在電梯艙內不同位置上的質點的引力加速度的大小和方向都將指向地球質心，并表現出明顯差異。如果讓這個電梯艙及其中的質點自由下落，艙中上、下、左、右配置的4個質點對于C點的觀察者而言就有相對的加速度，水平配置的m3、m4質點加速地相互靠近，而豎直配置的質點m1、m2則加速分離?？梢?，自由下落的電梯艙內存在一個力場，一個豎直的圓環（虛線）會被變形為的橢圓形環（實線）。如果豎直的圓環是一個剛性塊體，則會呈現"水平擠、上下拉"的應力場，這就是引力起潮力作用[2]。

地球是宇宙大家庭中的一員、太陽系中的一顆行星，至少在圍繞太陽公轉這引力場和地球自轉這慣性場中存在一定的均勻加速度。起潮力作用產生潮汐的現象已為大眾熟悉，但地球的固體部分受起潮力作用及其產生的效應，迄今未有人評述。李德威（1995）在闡述下地殼層流構造的動力來源時疑問性地提及星際引潮力的作用[3]。

2、巖石圈起潮力作用效應典例

研究表明，大陸具有層塊結構，垂向分層、橫向分塊是大陸構造最顯著的特征；順層構造則表現為垂向分布的順層流動、順層韌性剪切、順層滑脫拆離；斷塊構造具有域帶性，具有一定生成聯系的單體斷塊在一定空間范圍內成群、成帶出現。大陸巖石圈中物質運動效應，造成Moho面和Conrad面的構造改造，形成較大的韌性剪切帶（公里級）；各圈層之間以及重大巖性界面上發育順層拆離斷層，上地殼大型高角度脆性斷層收斂并終止于下地殼韌性流層，形成鏟式正斷層系等等的特點基本上體現了"水平擠、上下拉"的起潮力作用效應[4]。

王繩祖（1993）認識到中、東部亞洲大陸的廣大地區存在著由兩族大型地震帶共軛相交而成的統一地震網絡，認為位于中、上地殼的這種地震網絡實際上是巖石圈下層塑性流動網絡的一種相應，并勾畫出中、東部亞洲大陸巖石圈下層的塑性流動網絡系統[5]。塑性流動網絡特征性地呈現出水平分塊現象，王繩祖等（1997）還勾畫了特征與之完全一致的亞洲中東部晚古生代、中生代和新生代不同時期的巖漿巖網絡系統[6]，當然，巖漿巖帶替換了塑性流動帶。地球是一個曲面球體和自古以來存在起潮力作用是不爭的事實，因此，可以說中、東部亞洲大陸巖石圈下層的塑性流動網絡系統是巖石圈固體受起潮力作用產生效應的典型表現，而相應的中、上地殼的地震網絡是脆性域中起潮力作用產生的效應。喜馬拉雅造山帶并沒有發育山根，其快速隆起主要是恒河盆地下地殼物質沿殼內流層的斜坡側向擠入、造成青藏高原地殼中上部逆沖堆疊而成。喜馬拉雅碰撞邊界恰好表征了喜馬拉雅造山帶底下的殼內流層斜坡，為起潮力作用產生的水平拆離效應。因此，也可以推斷，大陸地震反射計劃和超深鉆計劃發現了Moho面和Conrad面具有新生性和可變性，極可能是起潮力作用下巖石圈中不同巨型層塊體產生差異運動的結果。

3、巖石圈層塊結構框架

從引力作用角度看，地球巖石圈受到離心力、地心引力和起潮力的作用。如果離心力和地心引力相互作用近似抵消，那么，起潮力對地球巖石圈作用產生的效應顯然是無比巨大的。起潮力作用于地球固體物質，自表及里其作用效應應該是趨于弱化的。

在起潮力作用下，地球巖石圈自古以來處于伸展拆離的應力作用背景，就如一只無形的手，將巖石圈抓成大小不一的碎塊-層塊，并使之"懸浮"于固體地球的外圈。因此，地球巖石圈可以說是一個由無數大小不一的層塊堆垛而成的層塊堆垛體，并且因地球自轉的疊加作用，大小不同的層塊產生側向或相對水平的擠壓應力作用差異，引發層塊的"漂移"和其它各式各樣的構造作用，由不同層塊體堆垛而成的大陸地殼在橫向和縱向上表現出顯著的不均一性?，F今大地構造中所指的不同構造單元，其實就是不同的層塊體，其地溫梯度和應力分布上存在顯著的差異也就很自然；在地溫梯度的耦合下，上部地殼以應力作用為主，脆性變形強、構造分異顯著；下部地殼熱力作用顯著增強，表現出以非線性的剪切流變為主；并產生中上地殼花崗質巖漿的熔融和下地殼基性巖漿的出熔。陳國能等（1996）以其獨特的思維方式提出了"花崗巖原地重熔說"，基本解決花崗巖就位的空間問題[7]。層狀分布的重熔花崗巖，沿上覆層塊體邊界面有限上侵，構成如王繩祖等（1997）所述的不同時代巖漿巖網絡系統。

依大量深海挖掘、DSDP鉆孔采樣檢驗和地震資料所揭示，在亞洲東部大陸邊緣介于大陸區與太平洋之間的、前人所稱的"溝弧盆"地帶中，盆、弧地帶是已成熟的大陸地殼，海溝地帶是處于半成熟的雛陸殼，尤其是海溝處的斷裂是傾向太平洋的張性斷層，而非傾向大陸的壓性斷層；地震資料顯示，在Kuri-Kamchatka海溝，洋殼并沒有在島弧之下俯沖，而是與島弧的硅鋁層之下的殼體連在一起，沒有俯沖的證據。因此，東亞陸緣是一離散式大陸邊緣。在中、東亞地區，可以說喜馬拉雅碰撞邊界和東亞陸緣海溝分別是巖石圈巨型層塊體的會聚邊界和離散邊界[8]。擴張洋中脊是兩塊巨型的陸殼薄化而成的特殊層塊體的離散邊界。軟流圈地幔的層流作用或地幔柱式流動，僅僅是巖石圈下層不同層塊體之間受起潮力作用的差異，在層塊體邊界產生的近似水平或豎直方向的物質流動效應。

另外，從歷史和發展的角度看待地質構造作用，現今地球巖石圈各種地質現象是地球巖石圈出現以來歷史積累的總和，如中、東部亞洲大陸巖石圈下層的塑性流動網絡系統可能是幾千萬年來起潮力作用的累積體現。因此，地球內部具有分層性、分級性、分區性和"瞬時性"的層流運動，或者是大陸隆-拗系統的構造遷移性、旋回性、帶域性、交織性所反映的構造運動的波動性，極可能都是巖石圈中不同層塊體受起潮力作用從量變到質變、再到量變的遞進發展過程的表現。

參考文獻

1.陳國能，張珂.大地構造學簡明教程.廣州:中山大學出版社，1994

2.鄭慶璋，崔世治.相對論與時空.太原:山西科學技術出版社，1998，171～223

3.李德威.再論大陸構造與動力學.地球科學--中國地質大學學報，1995，Vol.20，No.1，19～26

4.李德威.關于大陸構造的思考.地球科學--中國地質大學學報，1995，Vol.20，No.1，11～18

5.王繩祖.亞洲大陸巖石圈多層構造模型和塑性流動網絡.地質學報，1993，Vol.67，No.1，1～17

6.王繩祖，張宗淳.亞洲中東部巖漿巖網絡狀分布與塑性流動網絡.地震地質，1997，Vol.19，No.3，235～247

7.陳國能，曹勁建，張珂.原地重熔與元素地球化學場--論花崗巖的成因與成礦及大陸內生過程的物質旋回.北京：地質出版社，1996

8.陳國達.東亞陸緣擴張帶--一條離散式大陸邊緣成因的探討.大地構造與成礦學，1997，Vol.21，No.4，285～293